JP5340793B2 - Cv変換回路 - Google Patents
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Description
(1)測定対象の状態に応じて静電容量が相対変化する2つのセンサ容量素子の静電容量差分を増幅および電圧変換するCV変換回路であること
(2)上記2つのセンサ容量素子に互いに逆相で同一電圧の高周波パルス電圧を印加することによりそれぞれに容量値に応じた高周波パルス電流を通電させる通電回路を備えること
(3)第1のセンサ容量素子に通電させられた高周波パルス電流と第2のセンサ容量素子に通電させられた高周波パルス電流との電流差分を電圧変換する抵抗素子を備えること
(4)上記電流差分からの変換電圧を一対の共通出力端子間へ同相で伝達する第1のトランジスタ差動対と、上記変換電圧を上記共通出力端子間へ逆相で伝達する第2のトランジスタ差動対と、第1,第2のトランジスタ差動対を上記高周波パルス電圧で交互に切換動作させる第3のトランジスタ差動対とにより、上記変換電圧から上記高周波パルス電圧と同期した信号成分を抽出して上記共通出力端子間に出力する同期検波回路を備えること
(5)上記共通出力端子間に現れる同期検波出力電圧を平滑処理しながら低域で差動増幅する演算増幅器を備え、この演算増幅器の出力から上記2つのセンサ容量素子の静電容量差分に対応する直流出力電圧を得ること
上述した第1,第2実施形態との相違に着目して説明すると、同図に示す回路では、同期検波回路10の検波出力電圧Vo1が1段だけの負帰還増幅回路30によって低域増幅されている。
この発明のCV変換回路では、同期検波回路10によって直流化された検波出力電圧Vo1を低域増幅すればよいので、同図に示すように、1段だけの増幅回路30でも必要な増幅を安定に行わせることができる。
上述した第1〜3の実施形態との相違に着目して説明すると、同図に示す回路では、センサ容量素子Cx1,Cx2の通電回路50が3組のスイッチ回路S11−S12,S13−S14,S15−S16によって構成されている。
センサ容量素子Cx1,Cx2はスイッチ回路S11−S12とS13−S14によってそれぞれに充放電駆動され、スイッチ回路S15−S16によってその充電電荷の差分に相当する電流差分が抵抗素子R10で電圧変換されて同期検波回路10に入力されるようになっている。
この第4実施形態も第2,第3実施形態と同様、2つのセンサ容量素子Cx1,Cx2の容量差分ΔCxに対応するCV変換出力Vosを得ることができる。
11,12,13 トランジスタ差動対
a,b トランジスタ差動対の共通出力端子
21,22,30 LPFを兼ねる低域増幅回路
40 積分回路
50 通電回路
Iv1,Iv2 インバータ
OP1〜OP4 演算増幅器
C10〜C41 容量素子
R10〜R41 抵抗素子
S11〜S42 スイッチ回路
Q11〜Q32 MOSトランジスタ
Ic1 定電流回路
Cfb 帰還容量素子
Ixb 帰還容量素子Cfbの通電電流
Vdd 電源電圧(+側)
Vee 電源電圧(−側)
+Φ1,−Φ1 高周波の2相クロック信号
Cx1,Cx2 センサ容量素子
ΔCx 静電容量差分(Cx1−Cx2)
Ix1,Ix2 通電電流
ΔIx 通電電流差分(Ix1−Ix2)
ΔVx 通電電流差分からの変換電圧、
Vo1 検波出力電圧
Voc 低域増幅出力電圧(CV変換出力電圧)
Vos 積分出力電圧(CV変換出力電圧)
Claims (4)
- 測定対象の状態に応じて静電容量が相対変化する2つのセンサ容量素子の静電容量差分を増幅および電圧変換するCV変換回路であって、
上記2つのセンサ容量素子に互いに逆相で同一電圧の高周波パルス電圧を印加することによりそれぞれに容量値に応じた高周波パルス電流を通電させる通電回路と、
第1のセンサ容量素子に通電させられた高周波パルス電流と第2のセンサ容量素子に通電させられた高周波パルス電流との電流差分を電圧変換する抵抗素子と、
上記電流差分からの変換電圧を一対の共通出力端子間へ同相で伝達する第1のトランジスタ差動対と、上記変換電圧を上記共通出力端子間へ逆相で伝達する第2のトランジスタ差動対と、第1,第2のトランジスタ差動対を上記高周波パルス電圧で交互に切換動作させる第3のトランジスタ差動対とにより、上記変換電圧から上記高周波パルス電圧と同期した信号成分を抽出して上記共通出力端子間に出力する同期検波回路と、
上記共通出力端子間に現れる同期検波出力電圧を平滑処理しながら低域で差動増幅する演算増幅器を備え、
上記演算増幅器の出力から上記2つのセンサ容量素子の静電容量差分に対応する直流出力電圧を得ることを特徴とするCV変換回路。 - 請求項1において、上記同期検波回路をなす第1〜第3のトランジスタ差動対はそれぞれソース同士が共通接続された一対のMOSトランジスタによって形成され、第1と第2のトランジスタ差動対は一対のドレイン負荷抵抗を共有することで一対の共通出力端子を形成するとともに、それぞれの共通ソースが第3のトランジスタ差動対を介して共通の定電流源に切換接続されることを特徴とするCV変換回路。
- 請求項1または2において、上記共通出力端子間に平滑用容量素子が並列接続されていることを特徴とするCV変換回路。
- 請求項1〜3のいずれかにおいて、上記演算増幅器から得られる直流出力電圧を積分する積分回路と、この積分回路の積分出力電圧が上記高周波パルス電圧と同期して印加される帰還容量素子とを備え、
上記帰還容量素子に通電させられる高周波パルス電流を、上記2つのセンサ容量素子にそれぞれに通電させられる高周波パルス電流の電流差分に重畳させることにより、上記積分出力電圧を一定レベルに収束させるような負帰還ループを形成し、この負帰還ループが機能しているときの上記積分出力電圧を変換出力電圧として取り出すことを特徴とするCV変換回路。
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JP2009101388A JP5340793B2 (ja) | 2009-04-17 | 2009-04-17 | Cv変換回路 |
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